DE102010030570A1 - Automated gearbox for city bus, has four double-side actuatable switching devices arranged on electric machine, transmission output shaft and combustion engine, respectively - Google Patents

Automated gearbox for city bus, has four double-side actuatable switching devices arranged on electric machine, transmission output shaft and combustion engine, respectively Download PDF

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Abstract

The gearbox has a transmission output shaft (W2) coaxially arranged behind transmission input shafts (W1, W5). Jackshafts (W3, W4) are arranged axially parallel to the output shaft such that the jackshafts are directly drive-connected with the input shafts. Four double-side actuatable switching devices (S1-S4) are provided, where first and second switching devices are arranged on an electric machine (EM) associated with one jackshaft. A third switching device is arranged on the output shaft and a fourth switching device is arranged on a combustion engine (VM) associated with another jackshaft. An independent claim is also included for a method for operating an automated gear box for a city bus.

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisiertes Schaltgetriebe mit Hybridantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Schaltgetriebes mit Hybridantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.The invention relates to an automated manual transmission with hybrid drive according to the preamble of patent claim 1 and a method for operating such a transmission with hybrid drive according to the preamble of claim 12.

Automatisierte Schaltgetriebe werden zunehmend in Hybridantriebssträngen von Fahrzeugen mit verschiedenen Antriebsmöglichkeiten eingesetzt. Solche, als AMT-Hybrid bezeichnete Antriebe können im Straßenverkehr zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Ein Ziel der Entwicklung sind Hybrid-Antriebsstränge, die möglichst kompakt sind, und bei möglichst geringer Kompliziertheit sowie bei geringem Kosten- und Konstruktionsaufwand in Fahrzeuge implementiert werden können. Als besonders vorteilhaft haben sich hinsichtlich ihres Wirkungsgrades, der Wirtschaftlichkeit und des Fahrkomforts so genannte parallele oder gemischte Hybridanordnungen mit einer im Kraftfluss im Wesentlichen parallelen Anordnung eines Verbrennungsmotors und eines Elektroantriebs erwiesen, da sie sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente der Antriebsquellen als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglichen.Automated manual transmissions are increasingly used in hybrid powertrains of vehicles with various drive options. Such drives, termed AMT hybrids, can help reduce fuel consumption and emissions in road traffic. A goal of the development are hybrid drive trains, which are as compact as possible, and with the smallest possible complexity as well as with low cost and design expenditure in vehicles can be implemented. So-called parallel or hybrid hybrid arrangements with a substantially parallel in the power flow arrangement of an internal combustion engine and an electric drive have proved to be particularly advantageous in terms of their efficiency, economy and ride comfort, as they both a superposition of the drive torques of the drive sources and a control with pure allow combustion engine drive or purely electric motor drive.

Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren bzw. ergänzen, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich, wodurch eine signifikante Reduzierung insbesondere der CO2-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden kann. Um einen möglichst effektiven Betrieb des Hybridantriebs zu erreichen, werden Antriebsstrategien eingesetzt, die den Elektroantrieb situationsbedingt flexibel einsetzen, beispielsweise zum Anfahren, als alleinige Antriebsquelle im städtischen Kurzstreckenverkehr oder in einem Stop-and-Go-Betrieb, als zusätzliche Antriebsquelle bei erhöhten Leistungsanforderungen in einem Boostbetrieb, als Startergenerator zum schnellen Starten des Verbrennungsmotors sowie als Generator zur Stromerzeugung oder zur Energierückgewinnung in einem Rekuperationsbetrieb. Der Verbrennungsmotor soll hingegen zumindest überwiegend in verbrauchs-, drehmoment- und drehzahlgünstigen Betriebspunkten bei hohem Wirkungsgrad betrieben werden. Die Möglichkeiten und Vorteile eines Elektroantriebes können somit mit den Reichweiten-, Leistungs- und Kostenvorteilen von Brennkraftmaschinen verbunden werden.Since the drive torques of the electric drive and the internal combustion engine add or supplement depending on the control, a comparatively smaller design of the internal combustion engine and / or its temporary shutdown is possible, whereby a significant reduction in particular CO 2 emissions achieved without appreciable performance or comfort losses can be. In order to achieve the most effective operation of the hybrid drive, drive strategies are used that use the electric drive situation-dependent flexible, for example, for starting, as a sole source of power in urban short-distance traffic or in a stop-and-go operation, as an additional source of power at elevated power requirements in one Boost mode, as a starter generator for fast starting of the internal combustion engine and as a generator for power generation or energy recovery in a recuperation operation. The internal combustion engine, however, should be operated at least predominantly in consumption, torque and speed-favorable operating points with high efficiency. The possibilities and advantages of an electric drive can thus be combined with the range, performance and cost advantages of internal combustion engines.

Als weitere Hybridantriebe sind Serienhybride zu erwähnen, bei denen ein Verbrennungsmotor als Antrieb für einen Generator dient, welcher eine elektrische Maschine speist, so dass der Verbrennungsmotor von den Antriebsrädern entkoppelt ist und daher ständig in einem einzigen, emissionsgünstigen Betriebspunkt betrieben werden kann, wobei allerdings der Wirkungsgrad des Antriebs aufgrund der mechanisch-elektrischen Mehrfachumwandlung eingeschränkt ist und die vielfältigen Steuerungsmöglichkeiten eines Parallelhybrides oder einer Mischform nicht gegeben sind.As further hybrid drives series hybrids are to mention, in which an internal combustion engine serves as a drive for a generator which feeds an electric machine, so that the engine is decoupled from the drive wheels and therefore can be operated constantly in a single, low-emission operating point, however Efficiency of the drive due to the mechanical-electrical multiple conversion is limited and the various control options of a parallel hybrid or a hybrid form are not given.

Der Elektroantrieb in einem solchen Antriebsstrang kann auf verschiedene Weise in den Kraftfluss integriert werden. In einer gängigen Bauweise ist eine Elektromaschine am Getriebeeingang angeordnet. Dabei wird zwischen einer Ein-Kupplungsanordnung (1K) und einer Zwei-Kupplungsanordnung (2K) unterschieden, oder sofern eine integrierte Startergenerator-Funktion (ISG) der Elektromaschine vorgesehen ist, zwischen einer 1K-ISG und einer 2K-ISG-Anordnung.The electric drive in such a drive train can be integrated in various ways in the power flow. In a common construction, an electric machine is arranged on the transmission input. In this case, a distinction is made between a one-clutch arrangement (1K) and a two-clutch arrangement (2K) or, if an integrated starter generator function (ISG) of the electric machine is provided, between a 1K-ISG and a 2K-ISG arrangement.

Bei einer 2K-ISG-Anordnung ist beispielsweise die Elektromaschine direkt auf einer Getriebeeingangswelle angeordnet bzw. der Rotor der Elektromaschine mit dieser Welle verbunden, welche über eine erste Kupplung, die als eine reibschlüssige oder gegebenenfalls als eine formschlüssige Trennkupplung ausgebildet sein kann, mit dem Verbrennungsmotor verbindbar ist. Die Elektromaschine ist über eine separate zweite Kupplung mit einem Schaltgetriebe koppelbar. Zwischen der zweiten Kupplung und dem Getriebe kann auch eine zusätzliche zweite elektrische Maschine angeordnet sein. Bei einer 1K-ISG-Anordnung ist lediglich eine Kupplung zwischen einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine vorgesehen. Eine zweite separate Kupplung entfällt oder deren Funktion wird gegebenenfalls von einer getriebeinternen Schaltkupplung übernommen.In a 2-component ISG arrangement, for example, the electric machine is arranged directly on a transmission input shaft or the rotor of the electric machine is connected to this shaft, which can be embodied as a frictionally engaged or optionally as a form-locking separating clutch with the internal combustion engine is connectable. The electric machine can be coupled via a separate second clutch with a manual transmission. An additional second electric machine may also be arranged between the second clutch and the transmission. In a 1K ISG arrangement, only one clutch is provided between an internal combustion engine and an electric machine. A second separate clutch is omitted or their function is optionally taken over by a transmission internal clutch.

Anstelle einer direkten Anordnung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Fahrzeuggetriebe kann die Elektromaschine auch über eine Getriebestufe oder ein Planetengetriebe mit dem Getriebeeingang antriebsverbunden sein. Dadurch kann die Elektromaschine insbesondere als ein elektrodynamisches Anfahrelement (EDA) eingesetzt werden, wodurch eine herkömmliche Anfahrkupplung entfallen kann.Instead of a direct arrangement between the internal combustion engine and the vehicle transmission, the electric machine can also be drive-connected to the transmission input via a gear stage or a planetary gear. As a result, the electric machine can be used in particular as an electrodynamic starting element (EDA), whereby a conventional starting clutch can be dispensed with.

Bei anderen Antriebssträngen ist der Elektroantrieb hingegen am Getriebeabtrieb oder bei Achshybriden direkt an einer Fahrzeugachse angeordnet. 1K-ISG- und 2K-ISG-Hybridkonzepte mit getriebeeingangsseitigen oder getriebeausgangsseitigen elektrischen Maschinen und Achshybride haben sich bereits in der Praxis bewährt. Allerdings haben Hybridantriebe, bei denen der Elektroantrieb am Getriebeeingang oder am Getriebeabtrieb permanent antriebsverbunden, d. h. in den Kraftfluss des Antriebsstrangs integriert ist, den Nachteil, dass unnötige Nulllastverluste über die Elektromaschine entstehen können. Zudem sind die Ansteuerungsmöglichkeiten, je nach Anordnung des Elektroantriebs und Antriebsstrangkonfiguration unterschiedlich und begrenzt. Insbesondere erlauben Hybridkonzepte mit einem Elektroantrieb, der mit einem Getriebeeingang einer konventionellen Getriebestruktur antriebsverbunden ist, keine Zugkraftunterstützung während der Schaltung verbrennungsmotorisch angetriebener Gänge. Bei Hybridkonzepten mit einem Elektroantrieb, der mit einem Getriebeabtrieb oder einem direkten Achsantrieb antriebsverbunden ist, ist hingegen der Start des Verbrennungsmotors und das Betreiben der Elektromaschine im Fahrzeugstillstand sowie die Nutzung verschiedener Getriebeübersetzungen durch den Elektroantrieb nicht ohne Weiteres möglich.In other powertrains, however, the electric drive is arranged on the transmission output or axle hybrids directly to a vehicle axle. 1K-ISG and 2K-ISG hybrid concepts with input-side or gearbox-side electrical machines and axle hybrids have already proven themselves in practice. However, hybrid drives in which the electric drive at the transmission input or at the transmission output permanently connected drive, ie in the power flow of Drive train is integrated, the disadvantage that unnecessary zero load losses can occur over the electric machine. In addition, the control options, depending on the arrangement of the electric drive and powertrain configuration are different and limited. In particular, hybrid concepts with an electric drive that is drive-connected to a transmission input of a conventional transmission structure do not allow traction assistance during the shifting of internal combustion engine driven gears. In hybrid concepts with an electric drive, which is drive-connected to a transmission output or a direct final drive, however, the start of the engine and the operation of the electric machine in vehicle standstill and the use of various transmission ratios by the electric drive is not readily possible.

Demgegenüber werden Hybridanordnungen angestrebt, bei denen ein Elektroantrieb zumindest für einzelne Übersetzungsstufen vollständig vom Kraftfluss abgekoppelt bzw. wahlweise angekoppelt werden kann. Diese Hybridanordnungen haben grundsätzlich das Potenzial für eine größere Variabilität bei der Konzeption eines Radsatzes insbesondere für einen AMT-Hybrid, da konstruktive Einschränkungen aufgrund einer mechanischen Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und Elektroantrieb zumindest vermindert werden können.In contrast, hybrid arrangements are sought in which an electric drive can be completely decoupled from the power flow or selectively coupled at least for individual gear ratios. These hybrid arrangements basically have the potential for greater variability in the design of a wheelset, in particular for an AMT hybrid, since design restrictions due to a mechanical connection between the internal combustion engine and the electric drive can at least be reduced.

Ein derartiges Getriebekonzept hat beispielsweise bei so genannten Plug-in-Hybrid-Fahrzeugen oder bei so genannten mechanisch erweiterten Rangeextender-Elektrofahrzeugen verschiedene Vorteile. Rangeextender-Elektrofahrzeuge sind solche, bei denen der Elektroantrieb so ausgelegt ist, dass er zumindest für einen Kurzstreckenbetrieb, beispielsweise im Stadtverkehr, alleine genügend Fahrleistung zur Verfügung stellt. Insbesondere können solche Getriebekonzepte die allen herkömmlichen handgeschalteten oder automatisiert geschalteten Schaltgetrieben immanenten unkomfortablen Zugkraftunterbrechungen bei Schaltvorgängen überwinden. Dazu ist bei verbrennungsmotorischen Schaltvorgängen, d. h. bei Gangwechseln während der der Verbrennungsmotor die Antriebsquelle des Fahrzeuges ist, eine weitgehende Aufrechterhaltung der Zugkraft mit Hilfe des Elektroantriebs möglich. Umgekehrt kann die Zugkraft bei einem Gangwechsel des Elektroantriebs mit Hilfe des Verbrennungsmotors aufrechterhalten werden, sofern der Verbrennungsmotor aktuell nicht abgeschaltet ist.Such a transmission concept has various advantages, for example in so-called plug-in hybrid vehicles or in so-called mechanically extended range extender electric vehicles. Rangeextender electric vehicles are those in which the electric drive is designed so that at least for a short-distance operation, for example, in city traffic, alone sufficient driving performance available. In particular, such transmission concepts can overcome the inherent uncomfortable traction interruptions in switching operations inherent in all conventional manual or automated transmissions. This is in internal combustion engine switching operations, d. H. in case of gear changes during which the internal combustion engine is the driving source of the vehicle, a substantial maintenance of the tractive force by means of the electric drive is possible. Conversely, the traction force can be maintained at a gear change of the electric drive by means of the internal combustion engine, unless the engine is currently switched off.

Außerdem sind die Schaltpunkte bei Schaltungen im elektromotorischen Betrieb aufgrund des im Vergleich zum Verbrennungsmotor meist zur Verfügung stehenden größeren Drehzahlbandes bei gutem Wirkungsgrad grundsätzlich sehr variabel wählbar. Die erzielbaren Schaltzeiten erlauben die Verwendung einer relativ kostengünstigen Schaltaktuatorik. Schaltvorgänge können durch den Verbrennungsmotor über eine gegebenenfalls zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebeeingang wirksame Reibungskupplung synchronisiert werden, so dass zumindest teilweise Synchronisierungen durch kostengünstigere Klauenkupplungen ersetzt werden können. Andererseits kann eine gegebenenfalls vorhandene Anfahrkupplung geschont werden, indem die Elektromaschine als Anfahrelement dient. Da eine Elektromaschine grundsätzlich in beiden Drehrichtungen betrieben werden kann, ist durch eine Drehrichtungsumkehr ein Verzicht auf einen separaten Rückwärtsgangradsatz möglich. Zudem können die Stufensprünge der verbrennungsmotorischen Gänge in einem solchen Hybridsystem vergleichsweise groß gewählt werden, wodurch für die Realisierung einer vorgegebenen Gesamtspreizung eine relativ geringe Anzahl von Gängen genügt. Dadurch können Kosten, Bauraum und Gewicht eingespart werden.In addition, the switching points in circuits in electromotive operation due to the most compared to the internal combustion engine available larger speed range with good efficiency basically very variable selectable. The achievable switching times allow the use of a relatively inexpensive Schaltaktuatorik. Switching operations can be synchronized by the internal combustion engine via an optionally active between the engine and the transmission input friction clutch, so that at least partial synchronization can be replaced by lower-cost jaw clutches. On the other hand, an optionally existing starting clutch can be spared by the electric machine serves as a starting element. Since an electric machine can basically be operated in both directions of rotation, it is possible to dispense with a separate reverse gear by reversing the direction of rotation. In addition, the increments of the internal combustion engine gears in such a hybrid system can be chosen comparatively large, whereby a relatively small number of gears is sufficient for the realization of a predetermined total spread. As a result, costs, space and weight can be saved.

Die WO 2008/138387 A1 zeigt einen solchen AMT-Hybrid mit verbrennungsmotorisch angetriebenen Gängen und elektromotorisch angetriebenen Gängen. Zugkraftunterbrechungsfreie Schaltvorgänge sowie eine Funktionsvielfalt des Elektroantriebs werden bei dem bekannten Hybridantriebssystem mit Hilfe zweier Teilgetriebe realisiert. Die Getriebestruktur umfasst im Wesentlichen in achsparalleler Anordnung zwei Teilantriebsstränge mit jeweils einer Antriebswelle sowie einen dazwischen angeordneten Abtriebsstrang mit einer Abtriebswelle, wobei in mehreren Radsatzebenen auf den Wellen je Ebene zwei Losräder, denen jeweils eine Gangkupplung zugeordnet ist, und ein Festrad angeordnet sind. Die Teilantriebsstränge bilden zusammen mit dem Abtriebsstrang jeweils ein Teilgetriebe mit Gangschaltzahnradpaaren, wobei das jeweilige auf der Abtriebswelle angeordnete Zahnrad zum einen mit einem Zahnrad auf der ersten Antriebswelle und zum anderen mit einem Zahnrad auf der zweiten Antriebswelle kämmt, also wahlweise, je nach geschalteter Gangkupplung, an einer Übersetzung des ersten Teilgetriebes oder des zweiten Teilgetriebes partizipiert. Das erste Teilgetriebe ist über eine Reibungskupplung mit einem Verbrennungsmotor verbindbar, das zweite Teilgetriebe ist mit einer Elektromaschine permanent antriebsverbunden.The WO 2008/138387 A1 shows such an AMT hybrid with internal combustion engine driven gears and electric motor driven gears. Traction interruption-free switching operations and a variety of functions of the electric drive can be realized in the known hybrid drive system using two partial transmissions. The transmission structure comprises two sub-drive trains, each with a drive shaft and an interposed output train having an output shaft substantially in paraxial arrangement, wherein in two Radsatzebenen on the waves per plane two idler gears, each associated with a gear clutch, and a fixed gear are arranged. The sub-drive trains together with the output train each have a sub-gear with Gangschaltzahnradpaaren, wherein the respective arranged on the output shaft gear meshes with a gear on the first drive shaft and the other with a gear on the second drive shaft, so either, depending on the switched gear clutch, participates in a translation of the first sub-transmission or the second sub-transmission. The first partial transmission can be connected to a combustion engine via a friction clutch, the second partial transmission is permanently drive-connected to an electric machine.

Um eine unterschiedliche Spreizung des Antriebs vom Verbrennungsmotor zum Abtrieb und des Antriebs von der Elektromaschine zum Abtrieb zu realisieren, kann eine zentrale Schaltvorrichtung auf der Abtriebswelle auf beiden Seiten jeweils ein als ein Doppelzahnrad ausgebildetes Schaltrad besitzen, die mit jeweils unterschiedlichen Zahnradgrößen mit zugeordneten Zahnrädern des ersten Teilgetriebes und mit zugeordneten Zahnrädern des zweiten Teilgetriebes im Eingriff sind. Ein vergleichbares Getriebe mit einem solchen Schaltelement mit beidseitigen Doppelzahnrädern ist aus der Veröffentlichung zum 18. Aachener Kolloquium „Fahrzeug- und Motorentechnik”, 2009, S. 1215 , bekannt.In order to realize a different spread of the drive from the engine to the output and the drive from the electric machine to the output, a central switching device on the output shaft on both sides each have a designed as a double gear ratchet, each with different gear sizes with associated gears of the first Partial gear and associated with gears of the second gearbox are engaged. A comparable one Transmission with such a switching element with double-sided double gears is from the Publication of the 18th Aachen Colloquium "Automotive and Engine Technology", 2009, p. 1215 , known.

Ein Wechsel der Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Antriebswelle mit der Abtriebswelle erfolgt bei diesem bekannten Getriebe durch Schalten von Gangschaltzahnradpaaren, wobei einige der Gänge durch Schalten eines einzelnen Zahnradpaares im Kraftfluss von einer der Antriebswellen auf die Abtriebswelle und andere Gänge durch Hintereinanderschalten zweier oder mehr Zahnradpaare im Wechsel von der einen Antriebswelle über die andere Antriebswelle auf die Abtriebswelle realisierbar sind. Bestimmte Gänge winden sich somit im Kraftfluss über beide Teilgetriebe. Insbesondere sind bei dem bekannten Getriebe drei Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang als Windungsgänge ausgelegt.A change in the coupling between the first and the second drive shaft to the output shaft takes place in this known transmission by shifting Gangschaltzahnradpaaren, wherein some of the gears by switching a single gear pair in the power flow of one of the drive shafts to the output shaft and other gears by connecting two or more Gear pairs in alternation of one drive shaft via the other drive shaft to the output shaft can be realized. Certain gears thus wind in the power flow over both partial transmissions. In particular, three forward gears and one reverse gear are designed as Windungsgänge in the known transmission.

Getriebe mit Windungsgängen weisen üblicherweise Bauraum- und Kostenvorteile auf, da zur Realisierung einer bestimmten Ganganzahl gegenüber herkömmlichen Getriebestrukturen gegebenenfalls weniger Zahnradpaare bzw. Radsatzebenen erforderlich sind. Sie haben allerdings einen Wirkungsgradnachteil aufgrund des über mehrere Zahnradpaare gewundenen Kraftflusses. Ein hinsichtlich des Wirkungsgrades besonders günstiger Direktgang ist bei dem bekannten Getriebe nicht vorgesehen.Gearboxes with Windungsgängen usually have space and cost advantages, since to achieve a certain number of gears compared to conventional transmission structures, if necessary, less gear pairs or Radsatzebenen are required. However, they have an efficiency disadvantage due to the convoluted over several gear pairs power flow. A particularly favorable in terms of efficiency direct gear is not provided in the known transmission.

Soll ein für einen Hybridbetrieb geeigneter Radsatz in einen Stadtbus oder ein vergleichbares Nutzfahrzeug eingebaut werden, so sind die besonderen Bauraumverhältnisse und Leistungsanforderungen solcher Fahrzeuge zu berücksichtigen. Meistens ist die axiale Baulänge eher begrenzt, während eine relativ große radiale Ausdehnung möglich ist. Dies führt zu unter der Bezeichnung „kurz und dick” bekannten Getriebekonzepten. Da diese Fahrzeuge in der Regel sich ständig wiederholenden Anfahrvorgängen, Beschleunigungs- und Haltephasen und damit verbundenen häufigen Schaltvorgängen unterliegen, ist ein effizienter und komfortabler Betrieb in diesen Situationen notwendig. Besonders zweckmäßig und wirtschaftlich wäre ein daraufhin abgestimmter Getriebe-Radsatz, der je nach Anwenderwunsch möglichst kostengünstig in ein Hybridantriebsstrangkonzept implementierbar ist.If a wheel set suitable for hybrid operation is to be installed in a city bus or a comparable commercial vehicle, then the special installation space conditions and performance requirements of such vehicles must be taken into account. In most cases, the axial length is rather limited, while a relatively large radial extent is possible. This leads to the term "short and thick" known transmission concepts. Since these vehicles are usually subject to repetitive start-ups, acceleration and stopping phases and associated frequent shifts, an efficient and comfortable operation in these situations is necessary. Particularly expedient and economical would be a subsequently tuned transmission wheelset, which can be implemented as cost-effectively as possible in a hybrid powertrain concept depending on the user.

Ein stadtbusgeeigneter AMT-Hybrid-Antriebsstrang ist aus der DE 10 2006 059 591 A1 bekannt. Darin ist eine Anordnung mit einer ersten Getriebeeingangswelle und einer koaxial über dieser angeordneten zweiten Getriebeeingangswelle sowie mit einer dazu koaxial benachbarten Getriebeausgangwelle und mit zwei achsparallelen Vorgelegewellen dargestellt. Die Vorgelegewellen stehen jeweils über eine Eingangskonstante mit einer der beiden Eingangswellen in Triebverbindung. Die Gangradsätze des Schaltgetriebes sind in wechselweiser Zuordnung jeweils an der einen Vorgelegewelle und der Ausgangswelle sowie an der anderen Vorgelegewelle und der Ausgangswelle angeordnet. Die erste Eingangswelle ist über eine Trennkupplung mit einem Verbrennungsmotor verbindbar. Koaxial über der ersten Eingangswelle sind eine Elektromaschine und ein Planetengetriebe angeordnet, dessen Sonnenrad drehfest mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden ist. Das Hohlrad ist drehfest mit der ersten Eingangswelle verbunden, der Planetenträger ist drehfest mit der zweiten Eingangswelle verbunden. Die Elektromaschine ist somit über das Planetengetriebe und eine Eingangskonstante mittelbar an die zugehörige Vorgelegewelle angebunden.A city bus suitable AMT hybrid powertrain is from the DE 10 2006 059 591 A1 known. This shows an arrangement with a first transmission input shaft and a coaxially arranged above this second transmission input shaft and a coaxially adjacent transmission output shaft and with two paraxial countershafts. The countershafts are each in driving connection via an input constant with one of the two input shafts. The Gangradsätze the gearbox are arranged in alternation on each of the one countershaft and the output shaft and on the other countershaft and the output shaft. The first input shaft is connectable via a separating clutch with an internal combustion engine. Coaxially above the first input shaft, an electric machine and a planetary gear are arranged, the sun gear is rotatably connected to the rotor of the electric machine. The ring gear is rotatably connected to the first input shaft, the planet carrier is rotatably connected to the second input shaft. The electric machine is thus indirectly connected via the planetary gear and an input constant to the associated countershaft.

Die Ankopplung der Elektromaschine über das Planetengetriebe an den Antriebsstrang mit einer hohen Gesamtübersetzung gegenüber der Ausgangswelle ermöglicht insbesondere komfortable situationsangepasste und an die Anfahrlast angepasste elektromotorische oder elektromotorisch unterstützte Anfahrvorgänge. Weiterhin dient die Elektromaschine als ein Lastschaltelement für weitgehend zugkraftunterbrechungsfreie Gangwechsel, indem mit Hilfe einer Momentenabstützung am Abtrieb Gänge lastfrei ein- und ausgelegt werden können ohne den Antriebsstrang vollständig zu öffnen.The coupling of the electric machine via the planetary gear to the drive train with a high overall ratio compared to the output shaft allows in particular comfortable adapted to the situation and adapted to the starting load electromotive or electric motor assisted starting operations. Furthermore, the electric machine serves as a load switching element for largely traction interruption-free gear changes by gears using a torque support at the output gears can be switched on and laid without the power train to open completely.

Ein Radsatz des aus der DE 10 2006 059 591 A1 bekannten Getriebes weist beispielsweise fünf Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang auf, wobei die Gangradsätze jeweils ein Festrad auf der Ausgangswelle und ein Losrad auf der zugeordneten Vorgelegewelle besitzen. Zugehörige Gangkupplungen bilden paarweise Schaltpakete. Aufgrund einer wechselweisen Zuordnung mit einem gemeinsamen Festrad können sich zumindest zwei Gangradsätze in derselben Axialposition befinden, so dass sich insgesamt eine axial kompakte Bauform ergibt. Allerdings ist die Ankopplung der Elektromaschine über ein Differenzialgetriebe relativ aufwendig. Da die eine Getriebeeingangswelle permanent das Hohlrad und die andere Getriebeeingangswelle permanent den Planetenträger mit drehen, ergeben sich zudem Einschränkungen in der Flexibilität des Einsatzes und des Wirkungsgrades des Elektroantriebs gegenüber der eingangs erwähnten Möglichkeit einer vollständigen Abkopplung und einer freien Ansteuerung.A wheelset from the DE 10 2006 059 591 A1 known transmission has, for example, five forward gears and one reverse gear, wherein the gear wheel sets each have a fixed gear on the output shaft and a loose wheel on the associated countershaft. Associated gear clutches form switching packages in pairs. Due to an alternate assignment with a common fixed wheel at least two gear sets can be in the same axial position, so that overall results in an axially compact design. However, the coupling of the electric machine via a differential gear is relatively expensive. Since one transmission input shaft permanently the ring gear and the other transmission input shaft permanently rotate the planet carrier, also results in restrictions in the flexibility of the use and efficiency of the electric drive compared to the aforementioned possibility of complete decoupling and a free control.

Aus der DE 199 60 621 A1 ist ein weiterer Hybridantrieb mit koaxialem Antrieb und Abtrieb und zwei Vorgelegewellen bekannt, bei dem die Elektromaschine jedoch nicht über ein Planetengetriebe sondern direkt über eine Eingangskonstante an eine zugehörige Vorgelegewelle angebunden ist. Dieser Antrieb besitzt ein erstes Teilgetriebe mit sechs Gangstufen in sechs Radsatzebenen, welches wahlweise mit einem Verbrennungsmotor und/oder einer elektrischen Maschine koppelbar ist, und ein zweites Teilgetriebe mit drei Gangstufen, welches mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist. Nachteilig daran ist die relativ große axiale Baulänge, da zur Realisierung der Gänge relativ viele Radsatzebenen und Schaltkupplungen angeordnet sind. Für einen darin nicht dargestellten bzw. berücksichtigten Rückwärtsgang müsste der Radsatz zudem um eine weitere Radsatzebene erweitert werden.From the DE 199 60 621 A1 is another hybrid drive with coaxial drive and output and two countershafts known in which the electric machine is not connected via a planetary gear but directly via an input constant to an associated countershaft. This drive has a first partial transmission with six gear stages in six Radsatzebenen, which optionally with an internal combustion engine and / or a electric machine can be coupled, and a second partial transmission with three gear ratios, which is coupled to an electric machine. The disadvantage of this is the relatively large axial length, since relatively many Radsatzebenen and clutches are arranged to realize the gears. For a reverse gear not shown or considered therein, the wheelset would also have to be extended by a further Radsatzebene.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein automatisiertes Schaltgetriebe mit Hybridantrieb vorzustellen, das eine geringe axiale Baulänge besitzt sowie im Konstruktions- und Kostenaufwand günstig ist. Außerdem soll ein Verfahren beschrieben werden, das einen effizienten und komfortablen Einsatz des Hybridantriebs ermöglicht.Against this background, the present invention seeks to provide an automated manual transmission with hybrid drive, which has a small axial length and is low in design and cost. In addition, a method is described which allows an efficient and comfortable use of the hybrid drive.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den zugeordneten Unteransprüchen entnehmbar sind.The solution of this problem arises from the features of the independent claims, while advantageous embodiments and modifications of the invention, the associated subclaims can be removed.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem automatisierten Schaltgetriebe mit einem Hybridantrieb durch eine Bauweise mit zwei achsparallelen Vorgelegewellen, mit zwei bedarfsweise miteinander koppelbaren, eingangsseitig koaxial angeordneten Antriebsquellen sowie mit koaxialem Abtrieb, über wechselweise zugeordnete Zahnradpaare und einzeln zugeordnete Zahnradpaare, die mittels doppelseitig betätigbaren Schaltelementen aktivierbar und wahlweise über eine der Antriebsquellen oder beide Antriebsquellen antreibbar sind, sowohl Gänge, deren Kraftfluss über eine einzelne Vorgelegestufe verläuft, als auch Gänge, deren Kraftfluss über mehrere Vorgelegestufen verzweigt ist, oder als Direktgang, dessen Kraftfluss direkt zum Abtrieb geht, realisierbar sind, wodurch eine einerseits kurz bauende und andererseits effizient einsetzbare Getriebestruktur für flexible Antriebs-, Start- und Ladefunktionen ermöglicht ist.The invention is based on the finding that in an automated manual transmission with a hybrid drive by a design with two paraxial countershafts, with two if necessary coupled to each other, on the input side coaxial drive sources and coaxial output, alternately assigned gear pairs and individually associated gear pairs by means of double-sided operable switching elements can be activated and can be driven either via one of the drive sources or both drive sources, both gears whose power flow extends over a single counter stage, as well as gears whose power flow is branched over several Vorgelegestufen, or as a direct gear whose power flow goes directly to the output feasible are, whereby on the one hand short-build and on the other hand efficiently usable transmission structure for flexible drive, start and charging functions is possible.

Demnach geht die Erfindung aus von einem automatisierten Schaltgetriebe mit Hybridantrieb, beispielsweise für einen Stadtbus, mit einer ersten Getriebeeingangswelle, die über ein Anfahrelement mit einem Verbrennungsmotor verbindbar ist, mit einer zweiten Getriebeeingangswelle, die mit einer Elektromaschine verbunden ist, mit einer Getriebeausgangswelle, und mit zwei Vorgelegewellen, bei dem in mehreren Radsatzebenen Zahnräder angeordnet sind, die als Festräder oder Losräder auf den Wellen drehfest angeordnet oder über Schaltvorrichtungen drehfest mit den Wellen verbindbar sind, wobei die Vorgelegewellen und die Getriebeausgangswelle mit wechselweise oder einzeln zugeordneten Gangschaltzahnradpaaren ein erstes, der Elektromaschine zugeordnetes Teilgetriebe und ein zweites, dem Verbrennungsmotor zugeordnetes Teilgetriebe bilden.Accordingly, the invention is based on an automated manual transmission with hybrid drive, for example for a city bus, with a first transmission input shaft which is connectable via a starting element with an internal combustion engine, with a second transmission input shaft which is connected to an electric machine, with a transmission output shaft, and with two countershafts, in which in several Radsatzebenen gears are arranged rotatably mounted as fixed or loose wheels on the shafts or rotatably connected via switching devices with the shafts, the countershaft and the transmission output shaft with mutually or individually associated Gangschaltzahnradpaaren a first, the electric machine associated Partial transmission and form a second, the internal combustion engine associated sub-transmission.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die zweite Getriebeeingangswelle koaxial über der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet ist, dass die Getriebeausgangswelle koaxial hinter den Getriebeeingangswellen angeordnet ist und die beiden Vorgelegewellen achsparallel zueinander und achsparallel zu der Getriebeausgangswelle angeordnet sind, dass die Vorgelegewellen jeweils über eine als eine Eingangskonstante ausgebildete Radsatzebene unmittelbar mit einer Getriebeeingangswelle triebverbunden sind, und dass vier doppelseitig betätigbare Schaltvorrichtungen angeordnet sind, wobei die erste Schaltvorrichtung und die zweite Schaltvorrichtung auf der der Elektromaschine zugeordneten Vorgelegewelle angeordnet sind, die dritte Schaltvorrichtung auf der Getriebeausgangswelle angeordnet ist, und die vierte Schaltvorrichtung auf der dem Verbrennungsmotor zugeordneten Vorgelegewelle angeordnet ist.To achieve the object, the invention provides that the second transmission input shaft is arranged coaxially above the first transmission input shaft, that the transmission output shaft is arranged coaxially behind the transmission input shafts and the two countershafts are arranged axially parallel to each other and axially parallel to the transmission output shaft, that the countershafts each about configured as an input constant Radsatzebene are directly connected to a transmission input shaft drivingly connected, and that four double-sided actuated switching devices are arranged, wherein the first switching device and the second switching device are arranged on the electric machine associated countershaft, the third switching device is arranged on the transmission output shaft, and Fourth switching device is arranged on the engine associated countershaft.

Weiterhin geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Betrieb eines automatisierten Schaltgetriebes mit Hybridantrieb, beispielsweise für einen Stadtbus, mit einer ersten Getriebeeingangswelle, die über ein Anfahrelement mit einem Verbrennungsmotor verbindbar ist, mit einer zweiten Getriebeeingangswelle, die mit einer Elektromaschine verbunden ist, mit einer Getriebeausgangswelle, und mit zwei Vorgelegewellen. Bei diesem Getriebe sind in mehreren Radsatzebenen Zahnräder angeordnet, die als Festräder oder Losräder auf den Wellen drehfest angeordnet oder über Schaltvorrichtungen drehfest mit den Wellen verbindbar sind, wobei die Vorgelegewellen und die Getriebeausgangswelle mit wechselweise oder einzeln zugeordneten Gangschaltzahnradpaaren ein erstes, der Elektromaschine zugeordnetes Teilgetriebe und ein zweites, dem Verbrennungsmotor zugeordnetes Teilgetriebe bilden. Die gestellte Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird dadurch gelöst, dass abhängig von vorgegebenen betriebsrelevanten Parametern oder daraus abgeleiteten Größen, ein Generatorbetrieb der Elektromaschine in einer Getriebeneutralstellung oder ein Startvorgang des Verbrennungsmotors mittels der Elektromaschine in einer Getriebeneutralstellung, wahlweise mit einer ersten oder einer zweiten Übersetzung zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor erfolgt.Furthermore, the invention is based on a method for operating an automated transmission with hybrid drive, for example, for a city bus, with a first transmission input shaft which is connectable via a starting element with an internal combustion engine, with a second transmission input shaft which is connected to an electric machine, with a Transmission output shaft, and with two countershafts. In this gear gears are arranged in several Radsatzebenen rotatably mounted as fixed or loose wheels on the shafts or rotatably connected via switching devices with the shafts, the countershaft and the transmission output shaft with alternately or individually associated Gangschaltzahnradpaaren a first, the electric machine associated partial transmission and form a second, the internal combustion engine associated sub-transmission. The stated object with regard to the method is achieved in that, depending on predetermined operationally relevant parameters or derived variables, a generator operation of the electric machine in a transmission neutral position or a starting process of the internal combustion engine by means of the electric machine in a transmission neutral position, optionally with a first or a second translation between the Electric machine and the internal combustion engine takes place.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ein AMT-Hybrid mit geringer Baulänge nach der eingangs erwähnten Bauweise „kurz und dick” mit einem vollständig ab- bzw. ankoppelbaren Elektroantrieb zur Verfügung gestellt. Bei einer geeignet konzipierten Gangfolge ist bei dieser Anordnung eine Zugkrafterhaltung bei den Gangwechseln mit Hilfe einer Ansteuerung der Elektromaschine einerseits oder des Verbrennungsmotors und des Anfahrelementes andererseits sowie erforderlichenfalls mit einer Betätigung einer oder mehrerer der Schaltvorrichtungen unter Berücksichtigung einer aktuellen Schaltstellung einer oder mehrerer der Schaltvorrichtungen realisierbar.By virtue of the arrangement according to the invention, an AMT hybrid with a short overall length according to the construction mentioned at the beginning is made "short and thick" with a completely disconnectable or connectable electric drive. With a suitably designed gear sequence is in this arrangement a Zugkrafterhaltung in the gear changes with the help a control of the electric machine on the one hand or the internal combustion engine and the starting element on the other hand and, if necessary, with an actuation of one or more of the switching devices taking into account a current switching position of one or more of the switching devices feasible.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass insgesamt sieben Radsatzebenen vorhanden sind, wobei die erste und die zweite Radsatzebene die beiden Eingangskonstanten bilden, und über die übrigen Radsatzebenen sieben Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind. Dabei ist der dritten Radsatzebene und der vierten Radsatzebene jeweils ein Gang zugeordnet, während die fünfte Radsatzebene als eine Zwischenebene ausgebildet ist und der sechsten und der siebten Ebene jeweils drei Gänge zugeordnet sind. Außerdem ist hierbei ein Gang als ein Direktgang, vier Gänge als einstufige Gänge und zwei Gänge als Windungsgänge ausgebildet. Der Rückwärtsgang befindet sich mit einem Zwischenrad zur Drehrichtungsumkehr vorzugsweise auf der ausgangsseitigen siebten Radsatzebene.In particular, it can be provided that a total of seven Radsatzebenen are available, wherein the first and the second Radsatzebene form the two input constants, and on the remaining Radsatzebenen seven forward gears and one reverse gear can be realized. In this case, the third Radsatzebene and the fourth Radsatzebene each associated with a gear, while the fifth Radsatzebene is formed as an intermediate level and the sixth and seventh levels are each associated with three courses. In addition, a gear is designed here as a direct gear, four gears as single-stage gears and two gears as Windungsgänge. The reverse gear is preferably located on the output side seventh Radsatzebene with an intermediate wheel for reversing the direction of rotation.

Demnach benötigt der erfindungsgemäße Radsatz, mit dem sieben Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang schaltbar sind, trotz seiner axial kurz bauenden Form lediglich zwei Windungsgänge, wodurch ein hoher Gesamtwirkungsgrad des Getriebes erreicht wird. Zudem steht einer der Gänge als ein besonders effizienter Direktgang zur Verfügung.Accordingly, the wheel set according to the invention, with which seven forward gears and one reverse gear can be engaged, despite its axially short design only requires two turns, whereby a high overall efficiency of the transmission is achieved. In addition, one of the aisles is available as a particularly efficient direct drive.

Die vier vorhandenen Schaltvorrichtungen können jeweils einzeln oder in Kombination eingesetzt werden, um rein verbrennungsmotorisch, rein elektrisch oder kombiniert verbrennungsmotorisch-elektromotorisch angetriebene Gänge einzuschalten, die sich über eines der Teilgetriebe oder über beide Teilgetriebe zum Abtrieb hin verzweigen.The four existing switching devices can each be used individually or in combination to turn purely internal combustion engine, purely electric or combined internal combustion engine electric-motor driven gears that branch via one of the partial transmission or both partial transmission to the output down.

Der Direktgang ist über die dritte Schaltvorrichtung, die auf der Getriebeausgangswelle angeordnet ist, durch Herstellen einer unmittelbaren drehfesten Verbindung zwischen der Getriebeeingangswelle des Verbrennungsmotors und der Getriebeausgangswelle in einer ersten Schaltstellung darstellbar. In einer zweiten Schaltstellung dient diese Schaltvorrichtung vorteilhaft zum Schalten eines Losrades einer übersetzten Gangstufe.The direct gear is represented by the third switching device, which is arranged on the transmission output shaft, by establishing an immediate rotationally fixed connection between the transmission input shaft of the internal combustion engine and the transmission output shaft in a first switching position. In a second switching position, this switching device is advantageous for switching a loose wheel of a translated gear.

Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass der dritten Schaltvorrichtung auf beiden axialen Seiten jeweils ein Doppel-Zahnrad zugeordnet ist, bestehend jeweils aus zwei drehfest miteinander verbundenen, unterschiedlich großen Zahnrädern, welche mit Zahnrädern des ersten und des zweiten Teilgetriebes im Eingriff sind. Durch Schalten eines als Losrad ausgebildeten Doppel-Zahnrades in der zweiten Schaltstellung der dritten Schaltvorrichtung wird eine unterschiedliche Spreizung des Antriebs vom Verbrennungsmotor zum Abtrieb und eine unterschiedliche Spreizung des Antriebs von der Elektromaschine zum Abtrieb realisiert. Die zweite und die vierte Schaltvorrichtung schalten jeweils wechselseitig zwei Losräder von Gangstufen in dem einem und in dem anderen Teilgetriebe.Furthermore, it is advantageously provided that the third switching device is assigned in each case a double gear on both axial sides, each consisting of two rotatably connected to each other, different sized gears, which are in engagement with gears of the first and the second partial transmission. By switching a double-gear formed as idler gear in the second switching position of the third switching device, a different spreading of the drive from the engine to the output and a different spreading of the drive from the electric machine to the output is realized. The second and the fourth switching device respectively mutually turn two idler gears of gear stages in one and in the other partial transmission.

Die erste Schaltvorrichtung schaltet zum einen wechselseitig ein Losrad einer Gangstufe und ein Losrad eines Zwischenzahnradpaares im ersten Teilgetriebe. Zum anderen sind über die erste Schaltvorrichtung die beiden Getriebeeingangswellen in einer Getriebeneutralstellung wahlweise in einer ersten und einer zweiten Schaltstellung verschieden übersetzt miteinander koppelbar. Demnach erfüllt die erste Schaltvorrichtung neben ihrer Funktion als Gangschaltelement die Funktion eines Koppelschalters zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor im Getriebeneutral zum Starten des Verbrennungsmotors durch die Elektromaschine oder zum Laden eines Energiespeichers bzw. zur Stromversorgung eines Bordnetzes im Generatorbetrieb.The first switching device switches to a reciprocally a loose wheel of a gear and a loose gear of a Zwischenzahnradpaares in the first partial transmission. On the other hand, the two transmission input shafts in a transmission neutral position can be coupled to one another in a first and a second shift position differently with one another via the first shifting device. Accordingly, the first switching device fulfills the function of a coupling switch between the electric machine and the internal combustion engine in gear neutral for starting the internal combustion engine by the electric machine or for charging an energy storage or to power a vehicle electrical system in generator mode in addition to their function as a gear shift element.

Erfindungsgemäß besitzt die erste Schaltvorrichtung eine erste und eine zweite Schaltstellung, die eine Wirkverbindung zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor mit unterschiedlichen Übersetzungen herstellen. In der ersten Schaltstellung verläuft der Kraftfluss von der Elektromaschine über das erste Teilgetriebe zurück zum Verbrennungsmotor. In der zweiten Schaltstellung windet sich der Kraftfluss von der Elektromaschine über beide Teilgetriebe zurück zum Verbrennungsmotor, wodurch eine andere, insbesondere eine größere Übersetzung erzeugt wird.According to the invention, the first switching device has a first and a second switching position, which establish an operative connection between the electric machine and the internal combustion engine with different ratios. In the first switching position, the power flow from the electric machine via the first partial transmission back to the internal combustion engine. In the second switching position, the power flow from the electric machine winds over both partial transmissions back to the internal combustion engine, whereby a different, in particular a larger translation is generated.

Dadurch wird erfindungsgemäß ein Verfahren mit einer variablen Strategie zum Laden eines Energiespeichers in Neutral, insbesondere zum Laden eines Energiespeichers aus dem der Elektroantrieb gespeist wird, und zum Starten des Verbrennungsmotors in Neutral ermöglicht. Für einen Ladevorgang kann beispielsweise der im Leistungsfluss über weniger Zahnräder führende, also der direktere der beiden Übersetzungswege, wegen des besseren Wirkungsgrades gewählt werden. Weiterhin kann die aktuelle Schaltstellung des Schaltelementes berücksichtigt werden. Wird diese Schaltstellung auch für einen angewählten Schaltvorgang, beispielsweise das Einlegen des ersten Ganges, benutzt, entsteht ein Zeitvorteil bei einem bevorstehenden Anfahrvorgang, wenn bereits in dieser Stellung im Getriebeneutral die Elektromaschine generatorisch wird.As a result, according to the invention, a method with a variable strategy for charging an energy store in neutral, in particular for charging an energy store from which the electric drive is fed, and for starting the internal combustion engine in neutral, is made possible. For a charge, for example, the leading in the power flow over fewer gears, so the more direct of the two translation paths are chosen because of better efficiency. Furthermore, the current switching position of the switching element can be taken into account. If this switching position is also used for a selected switching operation, for example the engagement of the first gear, a time advantage arises in the case of an imminent starting operation if the electric machine is already regenerative in this position in the gearbox neutral.

Zum Starten des Verbrennungsmotors in Neutral kann aus dem gleichen Grund ebenfalls bevorzugt die erste Schaltstellung gewählt werden, da die Schaltvorrichtung dann zum Einlegen des ersten Ganges schon in der richtigen Position steht.For starting the internal combustion engine in neutral, the first switching position can preferably also be selected for the same reason the switching device is then already in the correct position for inserting the first gear.

Der gewundene längere Übersetzungsweg mit einer größeren Übersetzung ermöglicht hingegen eine höhere Drehzahl der im Generatorbetrieb arbeitenden Elektromaschine, wodurch der Ladevorgang effektiver wird. Die zweite Schaltstellung kann auch bei einem Startvorgang bevorzugt werden, wenn das zur Verfügung stehende Startdrehmoment der Elektromaschine zwar ausreichend, jedoch gering ist. Dies kann beispielsweise bei einem Start bei sehr tiefen Umgebungstemperaturen der Fall sein.The tortuous longer translation path with a larger translation, however, allows a higher speed of the operating in the generator mode electric machine, whereby the charging process is more effective. The second switching position may also be preferred in a starting operation, if the available starting torque of the electric machine is indeed sufficient, but low. This may for example be the case at a start at very low ambient temperatures.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass die zweite Schaltvorrichtung, welche auf derjenigen Vorgelegewelle angeordnet ist, die mit der Elektromaschine triebverbunden ist und die wechselseitig jeweils ein Losrad auf dieser Vorgelegewelle schaltet, als eine kostengünstige Klauenkupplung ausgebildet ist. Dieses Schaltelement kann bei einer möglichen Gangfolge mit die Zugkraft erhaltenden Gangwechseln an allen Gängen bzw. Gangwechseln in einer seiner Schaltstellungen beteiligt sein. Die Synchronisation dieser zweiten Schaltvorrichtung kann durch eine aktive Steuerung des Betriebs der Elektromaschine erfolgen.In addition, it can be provided that the second switching device, which is arranged on that countershaft, which is drivingly connected to the electric machine and alternately each one loose wheel switches on this countershaft, is designed as a cost-effective dog clutch. This switching element may be involved in a possible sequence of passage with the traction receiving gear changes at all gears or gear changes in one of its switching positions. The synchronization of this second switching device can be done by an active control of the operation of the electric machine.

Durch eine Drehrichtungsumkehr der Elektromaschine kann über dieses zweite Schaltelement auch ein ausgangsseitiges Gangschaltzahnradpaar eines Vorwärtsganges, beispielsweise auf der siebten Radsatzebene, zur Darstellung eines zusätzlichen, elektromotorisch erzeugten Rückwärtsganges geschaltet werden. Somit können auf dieser siebten Radsatzebene ein verbrennungsmotorischer Rückwärtsgang mit mechanischer Drehrichtungsumkehr und ein verbrennungsmotorischer Rückwärtsgang mit elektronisch gesteuerter Drehrichtungsumkehr angewählt werden.By reversing the direction of rotation of the electric machine can also be an output-side Gangschaltzahnradpaar a forward gear, for example, on the seventh Radsatzebene, are switched to represent an additional, electric motor generated reverse gear on this second switching element. Thus, at this seventh Radsatzebene an internal combustion engine reverse gear with mechanical direction reversal and a combustion engine reverse gear with electronically controlled reversal can be selected.

Die übrigen drei Schaltvorrichtungen, d. h. die erste Schaltvorrichtung, die dritte Schaltvorrichtung und die vierte Schaltvorrichtung, können als Synchronkupplungen ausgebildet sein. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass sämtliche Schaltvorrichtungen als Klauenkupplungen ausgebildet sind.The remaining three switching devices, d. H. the first switching device, the third switching device and the fourth switching device may be formed as synchronous clutches. In principle, however, it is also possible that all switching devices are designed as jaw clutches.

Die Synchronisation kann dann über eine Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschine und gegebenenfalls über eine Schlupfregelung des, beispielsweise als eine Reibungskupplung ausgebildeten, Anfahrelementes erfolgen. Als eine zusätzliche Synchronisationshilfe kann außerdem an der Getriebeeingangswelle des Verbrennungsmotors oder deren zugeordneter Vorgelegewelle zur Drehzahlabsenkung des Verbrennungsmotorstrangs bei Hochschaltvorgängen eine Getriebebremse angeordnet sein.The synchronization can then take place via a speed control of the internal combustion engine and optionally via a slip control of, for example, designed as a friction clutch, starting element. As an additional synchronization aid can also be arranged on the transmission input shaft of the engine or its associated countershaft for speed reduction of the engine train in upshifts a transmission brake.

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Getriebestruktur eines automatisierten Schaltgetriebes mit Hybridantrieb, mit einem siebengängigen Radsatz, mit zwei Getriebeeingangswellen und einer Getriebeausgangswelle in einer koaxialen Anordnung sowie mit zwei achsparallelen Vorgelegewellen, und eine zugehörige Gangtabelle mit beispielhaften Übersetzungen.To clarify the invention, the description is accompanied by a drawing of an embodiment. In this, the single figure shows a schematic representation of a transmission structure of an automated manual transmission with hybrid drive, with a seven-speed wheelset, with two transmission input shafts and a transmission output shaft in a coaxial arrangement and with two paraxial countershafts, and an associated gear table with exemplary translations.

Demnach weist eine Getriebestruktur 1 zwei Getriebeeingangswellen W1 und W5, eine Getriebeausgangswelle W2, zwei Vorgelegewellen W3 und W4 sowie sieben Radsatzebenen Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 und Z7 auf. Die beiden Vorgelegewellen W3, W4 bilden als Antriebswellen mit einer Elektromaschine EM und einem Verbrennungsmotor VM als zugehörige Antriebsquellen in Wirkverbindung mit der Getriebeausgangswelle W2 als Abtriebswelle jeweils ein Teilgetriebe T1 bzw. T2. Die Getriebeeingangswellen W1, W5 sind koaxial übereinander, die Getriebeausgangwelle W2 koaxial dahinter und die beiden Vorgelegewellen W3, W4 achsparallel zu beiden Seiten angeordnet.Accordingly, has a transmission structure 1 two transmission input shafts W1 and W5, a transmission output shaft W2, two countershafts W3 and W4 and seven Radsatzebenen Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 and Z7. The two countershafts W3, W4 form drive shafts with an electric machine EM and an internal combustion engine VM as associated drive sources in operative connection with the transmission output shaft W2 as the output shaft in each case a partial transmission T1 or T2. The transmission input shafts W1, W5 are coaxial one above the other, the transmission output shaft W2 coaxially behind and the two countershafts W3, W4 arranged axially parallel to both sides.

Die erste Getriebeeingangswelle W1 ist über ein Anfahrelement K1, beispielsweise eine Reibungskupplung, mit einer Antriebswelle 2 des Verbrennungsmotors VM verbindbar. Die zweite Getriebeeingangswelle W5 ist an ihrem dem Verbrennungsmotor VM zugewandten Ende mit einem Rotor 3 der Elektromaschine EM drehfest verbunden. Ein dem Rotor 3 radial benachbarter Stator 4 ist ortsfest, beispielsweise an einem Getriebegehäuse, angeordnet. An ihrem anderen Ende ist die zweite Getriebeeingangswelle W5 mit einem Zahnrad z21 einer ersten, als eine erste Eingangskonstante ausgebildeten Radsatzebene Z1 drehfest verbunden. Das Zahnrad z21 steht im Eingriff mit einem drehfest auf der ersten Vorgelegewelle W3 angeordneten Zahnrad z11.The first transmission input shaft W1 is via a starting element K1, for example a friction clutch, with a drive shaft 2 the internal combustion engine VM connectable. The second transmission input shaft W5 is at its end facing the engine VM end with a rotor 3 the electric machine EM rotatably connected. A the rotor 3 radially adjacent stator 4 is stationary, for example on a transmission housing, arranged. At its other end, the second transmission input shaft W5 is rotatably connected to a gear z21 a first, designed as a first input constant Radsatzebene Z1. The gear z21 is engaged with a rotatably mounted on the first countershaft W3 gear z11.

Die erste, innere Getriebeeingangswelle W1 tritt getriebeseitig aus der zweiten, äußeren Getriebeeingangswelle W5 heraus. Auf ihr ist ein Zahnrad z22 einer zweiten, als eine zweite Eingangskonstante ausgebildeten Radsatzebene Z2 drehfest angeordnet, das mit einem zugehörigen Zahnrad z32 im Eingriff steht, welches drehfest mit der anderen Vorgelegewelle W4 verbunden ist.The first, inner transmission input shaft W1 emerges on the transmission side from the second, outer transmission input shaft W5. On it a gear Z22 a second, designed as a second input constant Radsatzebene Z2 is rotatably disposed, which is in engagement with a corresponding gear Z32, which is rotatably connected to the other countershaft W4.

Dazu benachbart ist eine dritte Radsatzebene Z3 angeordnet. Diese weist ein mit einem getriebeseitigen Ende der ersten Getriebeeingangswelle W1 drehfest verbundenes Zahnrad z23 auf, welches im Eingriff mit einem auf der ersten Vorgelegewelle W3 drehbar angeordnetem Zahnrad z13 steht. Die auf der Eingangswelle W1 drehfest angeordneten benachbarten beiden Festräder z22, z23 bilden ein erstes Doppelrad z22–z23.Adjacent thereto, a third Radsatzebene Z3 is arranged. This has a with a transmission-side end of the first transmission input shaft W1 rotatably connected gear z23, which is in engagement with a rotatably mounted on the first countershaft W3 gear z13. The arranged on the input shaft W1 rotatably adjacent two fixed gears z22, z23 form a first double wheel z22-z23.

Eine sich an die dritte Radsatzebene Z3 anschießende vierte Radsatzebene Z4 besitzt ein auf der Ausgangswelle W2 drehbar angeordnetes Losrad z24, das sich im Eingriff mit einem auf der zweiten Vorgelegewelle W4 drehfest angeordneten Zahnrad 34 befindet.A fourth wheel set plane Z4, which adjoins the third wheel set plane Z3, has a loose wheel z24 which is rotatably arranged on the output shaft W2 and which is in engagement with a toothed wheel 34 arranged in a rotationally fixed manner on the second countershaft W4.

Eine fünfte, als eine Zwischenebene ausgebildete Radsatzebene Z5 umfasst zwei Losräder z15 und z25 die auf der ersten Vorgelegewelle W3 bzw. auf der Ausgangswelle W2 angeordnet sind. Die auf der Ausgangswelle W2 angeordneten benachbarten beiden Losräder z24, z25 der vierten und der fünften Radsatzebene Z4, Z5 sind über ein auf der Ausgangswelle W2 angeordnetes Hohlwellensegment 5 drehfest miteinander verbunden und bilden ein zweites Doppelrad z24-z25.A fifth, designed as an intermediate plane Radsatzebene Z5 comprises two idler gears z15 and z25 which are arranged on the first countershaft W3 and on the output shaft W2. The arranged on the output shaft W2 adjacent two idler gears z24, z25 of the fourth and the fifth Radsatzebene Z4, Z5 are arranged on a arranged on the output shaft W2 hollow shaft segment 5 rotatably connected to each other and form a second double wheel z24-z25.

Eine sechste Radsatzebene Z6 umfasst ein auf der Ausgangswelle W2 angeordnetes Festrad z26, das einerseits mit einem Losrad z16 der ersten Vorgelegewelle W3 und andererseits mit einem Losrad z36 der zweiten Vorgelegewelle W4 im Eingriff ist. Das Festrad z26 bildet wechselseitig ein Gangschaltzahnradpaar z26/z16 des ersten Teilgetriebes T1 und ein Gangschaltzahnradpaar z26/z36 des zweiten Teilgetriebes T2.A sixth Radsatzebene Z6 comprises a arranged on the output shaft W2 fixed gear z26, which is on the one hand with a idler gear z16 of the first countershaft W3 and on the other hand with a loose gear z36 of the second countershaft W4 engaged. The fixed gear z26 mutually forms a gearshift gear pair z26 / z16 of the first subtransmission T1 and a gearshift gear pair z26 / z36 of the second subtransmission T2.

Eine ausgangsseitige siebte Radsatzebene Z7 weist ein Festrad z27 auf, welches einerseits mit einem Losrad z17 auf der ersten Vorgelegewelle W3 und andererseits mit einem drehbar gelagerten Zwischenrad zR7 kämmt, wobei das Zwischenrad zR7 wiederum mit einem Losrad z37 der zweiten Vorgelegewelle W4 im Eingriff ist. Das Festrad z27 bildet wechselseitig ein Gangschaltzahnradpaar z27/z17 des ersten Teilgetriebes T1 und ein Gangschaltzahnradpaar z27/z37 mit Drehrichtungsumkehrrad zR7 für einen Rückwärtsgang RG des zweiten Teilgetriebes T2.An output-side seventh Radsatzebene Z7 has a fixed gear z27, which meshes on the one hand with a idler gear z17 on the first countershaft W3 and the other with a rotatably mounted idler zR7, wherein the idler zR7 turn with a idler gear z37 of the second countershaft W4 is engaged. The fixed gear z27 mutually forms a gearshift gear pair z27 / z17 of the first subtransmission T1 and a gearshift gear pair z27 / z37 with reversing gear zR7 for a reverse gear RG of the second subtransmission T2.

Die beiden Losräder z16 und z36 der sechsten Radsatzebene Z6 sind gleich groß bzw. mit einer gleichen Anzahl von Zähnen ausgebildet. Weiterhin weisen die beiden Losräder z13 und z15 der dritten und der vierten Radsatzebene Z3, Z4 sowie die mit diesen kämmenden Zahnräder z23 und z25 die gleiche Größe auf. Alle übrigen Zahnräder sind unterschiedlich groß ausgelegt.The two idler gears z16 and z36 of the sixth Radsatzebene Z6 are the same size or formed with an equal number of teeth. Furthermore, the two idler gears z13 and z15 of the third and fourth Radsatzebene Z3, Z4 and the meshing with these gears z23 and z25 have the same size. All other gears are designed differently sized.

Die Getriebestruktur 1 besitzt insgesamt vier Schaltvorrichtungen S1 bis S4, die wie folgt angeordnet und wirksam sind. Die erste Schaltvorrichtung S1 ist als eine doppelseitig betätigbare Synchronkupplung mit einer ersten Schaltstellung „li” = links und einer zweiten Schaltstellung „re” = rechts auf der ersten Vorgelegewelle W3 angeordnet. Demnach verbindet die Schaltvorrichtung S1 wechselseitig das Losrad z13 der dritten Radsatzebene Z3 oder das Losrad z15 der fünften Radsatzebene Z5 mit der zugehörigen Vorgelegewelle W3. Befindet sich das Getriebe in einer Neutralstellung N1, N2, d. h. die drei anderen Schaltvorrichtungen S2, S3, S4 sind geöffnet und die Drehmomentübertragung ist zum Abtrieb hin unterbrochen, wird je nach Schaltstellung links oder rechts der Schaltvorrichtung S1 eine Kopplung N1, N2 zwischen den beiden Getriebeeingangswellen W1, W5 über unterschiedlich lange und unterschiedlich übersetzte Übertragungswege hergestellt.The transmission structure 1 has a total of four switching devices S1 to S4, which are arranged and effective as follows. The first switching device S1 is arranged as a double-side operable synchronizer clutch with a first shift position "left" = left and a second shift position "right" = right on the first countershaft W3. Accordingly, the switching device S1 alternately connects the idler gear z13 of the third Radsatzebene Z3 or the idler gear z15 of the fifth Radsatzebene Z5 with the associated countershaft W3. The transmission is in a neutral position N1, N2, ie the other three switching devices S2, S3, S4 are open and the torque transmission is interrupted to the output, depending on the switching position left or right of the switching device S1 is a coupling N1, N2 between the two Transmission input shafts W1, W5 produced over different lengths and differently translated transmission paths.

In der linken Schaltstellung der Schaltvorrichtung S1 ist der Übertragungsweg von der Elektromaschine EM ausgehend: N1 = Elektromaschine EM – zweite Eingangswelle W5 – erste Eingangskonstante z21/z11 – erste Vorgelegewelle W3 – Zahnradpaar z13/z23 – erste Eingangswelle W1. Diese Kopplung verläuft also nur über das erste Teilgetriebe T1.In the left switching position of the switching device S1, the transmission path from the electric machine EM is based on: N1 = electric machine EM - second input shaft W5 - first input constant z21 / z11 - first countershaft W3 - gear pair z13 / z23 - first input shaft W1. This coupling thus only passes through the first partial transmission T1.

In der rechten Schaltstellung der Schaltvorrichtung S1 ist der Übertragungsweg von der Elektromaschine ausgehend: N2 = Elektromaschine EM – zweite Eingangswelle W5 – erste Eingangskonstante z21/z11 – erste Vorgelegewelle W3 – Zahnradpaar z15/z25 – Zahnradpaar z24/z34 zweite Vorgelegewelle W4 – zweite Eingangskonstante z32/z22 – erste Eingangswelle W1. Diese Kopplung verläuft also gewunden über das erste Teilgetriebe T1 und das zweite Teilgetriebe T2.In the right switching position of the switching device S1, the transmission path from the electric machine is based on: N2 = electric machine EM - second input shaft W5 - first input constant z21 / z11 - first countershaft W3 - gear pair z15 / z25 - gear pair z24 / z34 second countershaft W4 - second input constant z32 / z22 - first input shaft W1. This coupling thus runs wound over the first partial transmission T1 and the second partial transmission T2.

Die beiden genannten Schaltstellungen sind im Getriebeneutral bei geschlossenem Anfahrelement K1 oder durch Schließen des Anfahrelementes K1 zum Antrieb der Elektromaschine EM als Generator durch den Verbrennungsmotor VM, oder umgekehrt zum Starten des Verbrennungsmotors VM durch die Elektromaschine EM mit zwei wählbaren Übersetzungen nutzbar. Bei einer Drehmomentübertragung zum Abtrieb sind durch die Kopplung der Getriebeeingangswellen W1 und W5 durch die Schaltvorrichtung S1 gewundene Leistungsflüsse über beide Vorgelegewellen W3 und W4, wahlweise mit einer Drehmomentaddition beider Antriebsquellen Verbrennungsmotor VM und Elektromaschine EM, möglich.The two switch positions mentioned are available in gear neutral with closed start K1 or by closing the starting element K1 to drive the electric machine EM as a generator by the engine VM, or vice versa for starting the engine VM by the electric machine EM with two selectable translations. In a torque transmission to the output through the coupling of the transmission input shafts W1 and W5 through the switching device S1 wound power flows over both countershafts W3 and W4, optionally with a torque addition of both drive sources engine VM and electric machine EM possible.

Die zweite Schaltvorrichtung S2 ist als eine doppelseitig betätigbare unsynchronisierte Klauenkupplung auf der ersten Vorgelegewelle W3 ausgebildet. Demnach verbindet die zweite Schaltvorrichtung S2 wechselseitig das Losrad z16 der sechsten Radsatzebene Z6 oder das Losrad z17 der siebten Radsatzebene Z7 im ersten Teilgetriebe T1 mit der zugehörigen Vorgelegewelle W3. Die Synchronisierung der Klauenkupplung S2 beim Gangwechsel erfolgt über die Elektromaschine EM. Demnach schaltet die zweite Schaltvorrichtung S2 wechselweise die beiden Gangschaltzahnradpaare z26-z16 bzw. z27-z17.The second switching device S2 is designed as a double-sided operable unsynchronized jaw clutch on the first countershaft W3. Accordingly, the second switching device S2 mutually connects the idler gear z16 of the sixth Radsatzebene Z6 or idler gear z17 of the seventh Radsatzebene Z7 in the first partial transmission T1 with the associated countershaft W3. The synchronization of the dog clutch S2 during the gear change takes place via the electric machine EM. Accordingly, the second switching device S2 alternately switches the two Gangschaltzahnradpaare z26-z16 or z27-z17.

Die dritte Schaltvorrichtung S3 ist als eine doppelseitig betätigbare Synchronkupplung auf der Getriebeausgangswelle W2 ausgebildet. Sie verbindet wechselseitig die verbrennungsmotorisch antreibbare Getriebeeingangswelle W1 mit der Getriebeausgangswelle W2 oder das als ein Losrad ausgebildete zweite Doppelrad z24-z25 mit der Getriebeausgangswelle W2.The third switching device S3 is designed as a double-side operable synchronizer clutch on the transmission output shaft W2. It alternately connects the internal combustion engine drivable transmission input shaft W1 with the transmission output shaft W2 or designed as a loose idler second double z24-z25 with the transmission output shaft W2.

Die vierte Schaltvorrichtung S4 ist als eine doppelseitig betätigbare Synchronkupplung auf der zweiten Vorgelegewelle W4 ausgebildet. Demnach verbindet die Schaltvorrichtung S4 wechselseitig das Losrad z36 der sechsten Radsatzebene Z6 oder das Rückwärtsgang-Losrad z37 der siebten Radsatzebene Z7 mit der zugehörigen Vorgelegewelle W4 im zweiten Teilgetriebe T2. Die vierte Schaltvorrichtung S4 schaltet somit wechselweise das Gangschaltzahnradpaar z36-z26 bzw. das Gangschaltzahnradpaar z37-z27 mit dem Drehrichtungsumkehrrad zR7.The fourth switching device S4 is designed as a double-sided operable synchronizer clutch on the second countershaft W4. Accordingly, the switching device S4 mutually connects the idler gear z36 of the sixth Radsatzebene Z6 or the reverse idler gear z37 of the seventh Radsatzebene Z7 with the associated countershaft W4 in the second partial transmission T2. The fourth switching device S4 thus alternately switches the gearshift gear pair z36-z26 and the gearshift gear pair z37-z27 with the reversing gear zR7.

Eine zugehörige Gangtabelle zeigt eine Gangfolge, welche eine weitgehende Zugkrafterhaltung bei den Gangwechseln erlaubt. Die einzelnen Gangnummern 1G bis 7G und RG sind zur Veranschaulichung an der Getriebestruktur 1 an den jeweiligen Radsatzebenen Z3, Z4, Z6, Z7 dargestellt. Die Tabellenspalten zeigen die verbrennungsmotorische Gangfolge VM, zugehörige beispielhafte Übersetzungen iVm und Gangsprünge kVM, die jeweiligen Schaltstellungen der Schaltelemente S1 bis S4, wobei keine Eintragung eine Neutralstellung des jeweiligen Schaltelementes bedeutet, beispielhafte elektromotorische Übersetzungen iEM und Bemerkungen zu den einzelnen Gängen.An associated gear table shows a gear sequence, which allows a substantial Zugkrafterhaltung in the gear changes. The individual gear numbers 1G to 7G and RG are illustrative of the transmission structure 1 represented at the respective Radsatzebenen Z3, Z4, Z6, Z7. The table columns show the internal combustion engine speed VM, corresponding exemplary translations iVm and gear jumps kVM, the respective switching positions of the switching elements S1 to S4, where no entry means a neutral position of the respective switching element, exemplary electromotive translations iEM and comments on the individual gears.

Im Getriebeneutral sind gemäß den letzten 3 Zeilen der Gangtabelle zwei Modi „Laden1” und „Laden2”, die jeweils zum Laden eines Energiespeichers bzw. zum Motorstart dienen, vorgesehen. Je nach Schaltstellung „li” = links oder „re” = rechts des ersten Schaltelementes S1 wird zwischen zwei Kopplungsvarianten Neutral N1 und N2 zwischen der Elektromaschine EM und dem Verbrennungsmotor VM unterschieden. In dem gezeigten Beispiel beträgt die Übersetzung i_EM_VM = 1,25 bei der ersten Kopplung N1 und i_EM_VM = 1,72 bei der zweiten gewundenen Kopplung N2.In the gearbox neutral, two modes "Laden1" and "Laden2" are provided according to the last 3 lines of the gear table, each serving to charge an energy storage or to start the engine. Depending on the switching position "left" = left or "right" = right of the first switching element S1, a distinction is made between two coupling variants Neutral N1 and N2 between the electric machine EM and the internal combustion engine VM. In the example shown, the ratio i_EM_VM = 1.25 for the first coupling N1 and i_EM_VM = 1.72 for the second convoluted coupling N2.

Die erste Kopplung N1 wird bevorzugt, da zum Einlegen des ersten Ganges 1G die Schaltstellung S1 = li bestehen bleiben kann. Die Übersetzung des ersten Ganges 1G wird durch S2 = re eingeschaltet. Bei offenem Anfahrelement K1 ist ein rein elektrisches Anfahren, durch Schließen des Anfahrelementes K1 ist ein verbrennungsmotorisch-elektromotorisch gekoppeltes Anfahren möglich. Auch ein verbrennungsmotorisch-generatorisch gekoppeltes Anfahren wäre möglich. Grundsätzlich ist bei laufendem Verbrennungsmotor VM und gekoppelten Getriebeeingangswellen W1, W5 ein drehmomentadditiver Antrieb, ein verbrennungsmotorischer-generatorischer Betrieb oder ein Mitlaufen der Elektromaschine EM im Nulllastbetrieb möglich.The first coupling N1 is preferred because the shift position S1 = li can remain for inserting the first gear 1G. The first gear ratio 1G is switched on by S2 = re. When the starting element K1 is open, a purely electric starting is possible, by closing the starting element K1, an engine-electric-motor-coupled starting is possible. Even a combustion engine-generator-coupled coupled starting would be possible. In principle, with the internal combustion engine VM and coupled transmission input shafts W1, W5, it is possible to have a torque-additive drive, an internal combustion engine-regenerative operation, or a running together of the electric machine EM in zero-load operation.

Für den Gangwechsel in den zweiten Gang 2G bleibt die Schaltstellung S2 = re bestehen, da der zweite Gang 2G über das gleiche Gangschaltzahnradpaar z17-z27 auf den Abtrieb wirkt. Allerdings wird das erste Schaltelement S1 nun in die Schaltstellung S1 = re gebracht, wodurch sich der Übersetzungsweg über das zweite Teilgetriebe T2 zum ersten Teilgetriebe T1 windet.For the gear change to the second gear 2G, the shift position S2 = re remains, since the second gear 2G acts on the output via the same gear shift gear pair z17-z27. However, the first switching element S1 is now brought into the switching position S1 = re, whereby the translation path winds over the second partial transmission T2 to the first partial transmission T1.

Für den dritten Gang 3G kann die Schaltstellung S2 = re zunächst weiter bestehen, allerdings wird die Kopplung mit dem Verbrennungsmotor VM bzw. mit der ersten Eingangswelle W1 aufgehoben und die Schaltstellung S4 = li für den verbrennungsmotorischen Antrieb geschaltet. Anschließend kann, nur über die Elektromaschine EM gesteuert, im ersten Teilgetriebe T1 die Schaltstellung S2 = li geschaltet werden, die wiederum für den folgenden vierten Gang 4G bestehen bleibt, während über das erste Schaltelement S1 = li die Kopplung mit dem Verbrennungsmotor VM wieder hergestellt wird.For the third gear 3G, the shift position S2 = re initially continue to exist, however, the coupling with the engine VM or with the first input shaft W1 is canceled and switched the switch position S4 = li for the internal combustion engine drive. Subsequently, only controlled by the electric machine EM, in the first partial transmission T1, the shift position S2 = li are switched, which in turn remains for the following fourth gear 4G, while via the first switching element S1 = li the coupling with the engine VM is restored ,

Der fünfte Gang 5G ist der zweite Windungsgang des Getriebes. Dazu bleibt am zweiten Schaltelement S2 die Schaltstellung S2 = li weiterhin bestehen und zur Ankopplung des Verbrennungsmotors VM wird das erste Schaltelement S1 nach S1 = re umgeschaltet.The fifth gear 5G is the second winding gear of the transmission. For this purpose, the switching position S2 = li continues to exist on the second switching element S2, and the first switching element S1 is switched over to S1 = re for the purpose of coupling the internal combustion engine VM.

Der sechste Gang 6G ist als ein Direktgang vorgesehen. Durch die Schaltstellung S3 = li des dritten Schaltelements S3 wird die Getriebeeingangswelle W1 des Verbrennungsmotors VM mit der Abtriebswelle W2 direkt drehfest verbunden. Die Kopplung der Elektromaschine EM wird durch Schalten des dritten Schaltelements S1 in Neutral aufgehoben. Die Schaltstellung S2 = li des zweiten Schaltelements S2 kann jedoch für die Zugkraftunterstützung beim Gangwechsel und um ein zusätzliches Antriebsmoment zu liefern weiterhin bestehen bleiben.The sixth gear 6G is provided as a direct gear. By the switching position S3 = li of the third switching element S3, the transmission input shaft W1 of the engine VM is connected directly to the output shaft W2 rotatably. The coupling of the electric machine EM is canceled by switching the third switching element S1 to neutral. The shift position S2 = li of the second shift element S2, however, can continue to exist for the traction assistance during the gear change and to provide an additional drive torque.

Dementsprechend bleibt die Schaltstellung S2 = li des zweiten Schaltelements S2 auch beim letzten Gangwechsel in den siebten Gang 7G bestehen, der als höchster Gang als ein Schnellgang ausgelegt ist. In diesem Gang schaltet das dritte Schaltelement S3 nach S3 = re.Accordingly, the shift position remains S2 = li of the second switching element S2 also in the last gear change in the seventh gear 7G exist, which is designed as the highest gear as a high-speed gear. In this gear, the third switching element S3 switches to S3 = re.

Für den verbrennungsmotorischen Rückwärtsgang RG wird nach das dritten Schaltelements S4 in die Schaltstellung S4 = re geschaltet. Durch ein motorisch rückwärts drehendes Betreiben der Elektromaschine EM kann über die Schaltstellung S2 = re auch ein elektrischer Rückwärtsgang realisiert werden.For the internal combustion engine reverse gear RG is switched to the third switching element S4 in the switching position S4 = re. By a motorically backwards rotating operation of the Electric machine EM can be realized via the switch position S2 = re and an electrical reverse gear.

Insgesamt weist die Getriebestruktur 1 beispielhaft eine sich ergebende Gesamtspreizung i_ges = 8,33 auf, wobei die Gangabstufung aufgrund der beiden Windungsgänge 2G, 5G geometrisch und progressiv aufwärts sowie abwärts gemischt ist.Overall, the transmission structure 1 by way of example, a resulting total spread i_ges = 8.33, wherein the gear step due to the two Windungsgänge 2G, 5G is mixed geometrically and progressively upwards and downwards.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Getriebestrukturtransmission structure
1G–7G1G-7G
Gangcorridor
22
Antriebswelledrive shaft
33
Rotorrotor
44
Statorstator
55
HohlwellensegmentHollow shaft segment
EMEM
Elektromaschine ÜbersetzungElectric machine translation
iEMIEM
Übersetzung ElektromaschineTranslation electric machine
i_EM_VMi_EM_VM
Übersetzung Elektromaschine/VerbrennungsmotorTranslation electric machine / combustion engine
iVMiVM
Übersetzung VerbrennungsmotorTranslation internal combustion engine
i_gesi_ges
Getriebespreizungtransmission spread
kVMKVM
Gangsprung VerbrennungsmotorGear jump internal combustion engine
K1K1
Anfahrelementstarting element
lili
Schaltstellung linksSwitch position left
N1N1
EM-VM-Kopplung in GetriebeneutralEM-VM coupling in gearbox neutral
N2N2
EM-VM-Kopplung in GetriebeneutralEM-VM coupling in gearbox neutral
rere
Schaltstellung rechtsSwitch position right
RGRG
Rückwärtsgangreverse gear
S1S1
Erste SchaltvorrichtungFirst switching device
S2S2
Zweite SchaltvorrichtungSecond switching device
S3S3
Dritte SchaltvorrichtungThird switching device
S4S4
Vierte SchaltvorrichtungFourth switching device
T1T1
Erstes TeilgetriebeFirst partial transmission
T2T2
Zweites TeilgetriebeSecond partial transmission
VMVM
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
W1W1
GetriebeeingangswelleTransmission input shaft
W2W2
Getriebeausgangswelle, GetriebeabtriebTransmission output shaft, transmission output
W3W3
VorgelegewelleCountershaft
W4W4
VorgelegewelleCountershaft
W5W5
GetriebeeingangswelleTransmission input shaft
Z1–Z7Z1-Z7
RadsatzebeneRadsatzebene
z11, z21z11, z21
Zahnrad erste RadsatzebeneGear first Radsatzebene
z22, z32z22, z32
Zahnrad zweite RadsatzebeneGear wheel second Radsatzebene
z13, z23z13, z23
Zahnrad dritte RadsatzebeneGear third Radsatzebene
z24, z34z24, z34
Zahnrad vierte RadsatzebeneGear fourth Radsatzebene
z15, z25z15, z25
Zahnrad fünfte RadsatzebeneGear fifth wheel set plane
z16, z26, z36z16, z26, z36
Zahnrad sechste RadsatzebeneGear sixth Radsatzebene
z17, z27, z37z17, z27, z37
Zahnrad siebte RadsatzebeneGear seventh Radsatzebene
zR7zr7
Rückwärtsgangzwischenrad siebte RadsatzebeneReverse idler gear seventh Radsatzebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102006059591 A1 [0017, 0019] DE 102006059591 A1 [0017, 0019]
  • DE 19960621 A1 [0020] DE 19960621 A1 [0020]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Veröffentlichung zum 18. Aachener Kolloquium „Fahrzeug- und Motorentechnik”, 2009, S. 1215 [0013] Publication of the 18th Aachen Colloquium "Automotive and Engine Technology", 2009, p. 1215 [0013]

Claims (12)

Automatisiertes Schaltgetriebe mit Hybridantrieb, beispielsweise für einen Stadtbus, mit einer ersten Getriebeeingangswelle (W 1), die über ein Anfahrelement (K1) mit einem Verbrennungsmotor (VM) verbindbar ist, mit einer zweiten Getriebeeingangswelle (W5), die mit einer Elektromaschine (EM) verbunden ist, mit einer Getriebeausgangswelle (W2), und mit zwei Vorgelegewellen (W3, W4), bei dem in mehreren Radsatzebenen (Z1 – Z7) Zahnräder (z11, z13, z15, z16, z17, z21–z27, z32, z34, z36, z37, zR7) angeordnet sind, die als Festräder oder Losräder auf den Wellen (W1, W2, W3, W4, W5) drehfest angeordnet oder über Schaltvorrichtungen (S1–S4) drehfest mit den Wellen (W1, W2, W3, W4, W5) verbindbar sind, wobei die Vorgelegewellen (W3, W4) und die Getriebeausgangswelle (W2) mit wechselweise oder einzeln zugeordneten Gangschaltzahnradpaaren ein erstes, der Elektromaschine (EM) zugeordnetes Teilgetriebe (T1) und ein zweites, dem Verbrennungsmotor (VM) zugeordnetes Teilgetriebe (T2) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Getriebeeingangswelle (W5) koaxial über der ersten Getriebeeingangswelle (W1) angeordnet ist, dass die Getriebeausgangswelle (W2) koaxial hinter den Getriebeeingangswellen (W1, W5) angeordnet ist und die beiden Vorgelegewellen (W3, W4) achsparallel zueinander und achsparallel zu der Getriebeausgangswelle (W2) angeordnet sind, dass die Vorgelegewellen (W3, W4) jeweils über eine als eine Eingangskonstante ausgebildete Radsatzebene (Z1, Z2) unmittelbar mit einer Getriebeeingangswelle (W1, W5) triebverbunden sind, und dass vier doppelseitig betätigbare Schaltvorrichtungen (S1–S4) angeordnet sind, wobei die erste Schaltvorrichtung (S1) und die zweite Schaltvorrichtung (S2) auf der der Elektromaschine (EM) zugeordneten Vorgelegewelle (W3) angeordnet sind, die dritte Schaltvorrichtung (S3) auf der Getriebeausgangswelle (W2) angeordnet ist, und die vierte Schaltvorrichtung (S4) auf der dem Verbrennungsmotor (VM) zugeordneten Vorgelegewelle (W4) angeordnet ist.Automated manual transmission with hybrid drive, for example for a city bus, with a first transmission input shaft (W 1), which is connectable via a starting element (K1) with an internal combustion engine (VM), with a second transmission input shaft (W5) connected to an electric machine (EM) is connected to a transmission output shaft (W2), and with two countershafts (W3, W4), in which in several Radsatzebenen (Z1 - Z7) gears (Z11, Z13, Z15, Z16, Z17, Z21-Z27, Z32, Z34, z36, z37, zR7) are arranged, which are non-rotatably mounted as fixed or loose wheels on the shafts (W1, W2, W3, W4, W5) or non-rotatably via switching devices (S1-S4) with the shafts (W1, W2, W3, W4 , W5), wherein the countershafts (W3, W4) and the transmission output shaft (W2) with mutually or individually associated Gangschaltzahnradpaaren a first, the electric machine (EM) associated partial transmission (T1) and a second, the internal combustion engine (VM) associated with the partial transmission (T2) picture characterized in that the second transmission input shaft (W5) coaxially above the first transmission input shaft (W1) is arranged, that the transmission output shaft (W2) is arranged coaxially behind the transmission input shafts (W1, W5) and the two countershafts (W3, W4) axially parallel to each other and axially parallel to the transmission output shaft (W2) are arranged, that the countershafts (W3, W4) in each case via a formed as an input constant Radsatzebene (Z1, Z2) are directly drive-connected to a transmission input shaft (W1, W5), and that four double-sided operable Switching devices (S1-S4) are arranged, wherein the first switching device (S1) and the second switching device (S2) on the electric machine (EM) associated countershaft (W3) are arranged, the third switching device (S3) on the transmission output shaft (W2) is arranged, and the fourth switching device (S4) on the internal combustion engine (VM) associated countershaft (W4) is arranged. Automatisiertes Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt sieben Radsatzebenen (Z1–Z7) angeordnet sind, wobei die erste und die zweite Radsatzebene (Z1, Z2) die beiden Eingangskonstanten bilden sowie über die übrigen Radsatzebenen (Z3–Z7) sieben Vorwärtsgänge (1G–7G) und ein Rückwärtsgang (RG) realisierbar sind, wobei der dritten und der vierten Radsatzebene (Z3, Z4) jeweils ein Gang (6G, 7G) zugeordnet ist, wobei die fünfte Radsatzebene (Z5) als eine Zwischenebene ausgebildet ist, und bei dem der sechsten und der siebten Radsatzebene (Z6, Z7) jeweils drei Gänge (1G, 2G, 3G, 4G, 5G, RG) zugeordnet sind, wobei ein Gang (6G) als ein Direktgang, vier Gänge (1G, 3G, 4G, 7G) als einstufige Gänge und zwei Gänge (2G, 5G) als Windungsgänge ausgebildet sind.Automated manual transmission according to claim 1, characterized in that a total of seven Radsatzebenen (Z1-Z7) are arranged, wherein the first and the second Radsatzebene (Z1, Z2) form the two input constants and on the remaining Radsatzebenen (Z3-Z7) seven forward gears ( 1G-7G) and a reverse gear (RG) are realizable, wherein the third and the fourth Radsatzebene (Z3, Z4) each having a gear (6G, 7G) is assigned, wherein the fifth Radsatzebene (Z5) is formed as an intermediate plane, and wherein the sixth and seventh Radsatzebene (Z6, Z7) are each associated with three gears (1G, 2G, 3G, 4G, 5G, RG), wherein a gear (6G) as a direct gear, four gears (1G, 3G, 4G , 7G) are designed as single-stage gears and two gears (2G, 5G) as winding turns. Automatisiertes Schaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dritten Schaltvorrichtung (S3) auf beiden Seiten jeweils ein Doppel-Zahnrad, bestehend aus zwei drehfest miteinander verbundenen, unterschiedlich großen Zahnrädern (z22, z23, z24, z25) zugeordnet ist, welche mit Zahnrädern (z13, z15, z32, z34) des ersten und des zweiten Teilgetriebes (T1, T2) im Eingriff sind.Automated gearbox according to claim 1 or 2, characterized in that the third switching device (S3) on both sides in each case a double gear, consisting of two rotatably connected to each other, different sized gears (z22, z23, z24, z25) is assigned, which with gears (z13, z15, z32, z34) of the first and the second partial transmission (T1, T2) are engaged. Automatisiertes Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über die dritte Schaltvorrichtung (S3) wechselseitig ein Direktgang (6G) oder ein übersetzter Gang (7G) schaltbar ist.Automated manual transmission according to one of claims 1 to 3, characterized in that on the third switching device (S3) mutually a direct gear (6G) or a gear ratio (7G) is switchable. Automatisiertes Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein elektromotorisch angetriebener Rückwärtsgang (RG) realisierbar istAutomated manual transmission according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one electric motor driven reverse gear (RG) can be realized Automatisiertes Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass über die erste Schaltvorrichtung (S1) die beiden Getriebeeingangswellen (W1, W5) in einer Getriebeneutralstellung wahlweise in einer ersten und einer zweiten Schaltstellung (li, re) verschieden übersetzt miteinander koppelbar sind.Automated manual transmission according to one of claims 1 to 5, characterized in that via the first switching device (S1) the two transmission input shafts (W1, W5) in a transmission neutral position optionally in a first and a second switching position (li, re) can be coupled differently translated , Automatisiertes Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zweite Schaltvorrichtung (S2) als eine Klauenkupplung ausgebildet ist, und dass die übrigen Schaltvorrichtungen (S1, S3, S4) als Synchronkupplungen ausgebildet sind.Automated manual transmission according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least the second switching device (S2) is designed as a dog clutch, and that the remaining switching devices (S1, S3, S4) are designed as synchronizer clutches. Automatisiertes Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Schaltvorrichtungen (S1, S2, S3, S4) als Klauenkupplungen ausgebildet sind.Automated manual transmission according to one of claims 1 to 6, characterized in that all switching devices (S1, S2, S3, S4) are designed as jaw clutches. Automatisiertes Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an der dem Verbrennungsmotor (VM) zugeordneten Getriebeeingangswelle (W1) oder an der mit dieser Getriebeeingangswelle (W1) antriebsverbundenen Vorgelegewelle (W4) eine oder mehrere ansteuerbare Getriebebremsen angeordnet sind.Automated manual transmission according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one of the internal combustion engine (VM) associated transmission input shaft (W1) or at the transmission input shaft (W1) drive-connected countershaft (W4) one or more controllable transmission brakes are arranged. Automatisiertes Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugkrafterhaltung bei einem Gangwechsel mit Hilfe einer Ansteuerung der Elektromaschine (EM) einerseits oder des Verbrennungsmotors (VM) und des Anfahrelementes (K1) andererseits, sowie erforderlichenfalls mit einer Betätigung einer oder mehrerer der Schaltvorrichtungen (S1 – S4) unter Berücksichtigung einer aktuellen Schaltstellung (li, re) einer oder mehrerer der Schaltvorrichtungen (S1–S4) realisierbar ist.Automated manual transmission according to one of claims 1 to 9, characterized in that a Zugkrafterhaltung at a gear change by means of a control of the electric machine (EM) on the one hand or the internal combustion engine (VM) and the starting element (K1) on the other hand, and if necessary, with an operation of one or a plurality of the switching devices (S1 - S4) taking into account a current switching position (li, re) one or several of the switching devices (S1-S4) can be realized. Automatisiertes Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM) als ein Startergenerator zum Starten des Verbrennungsmotors (VM) und/oder als ein Generator zum Laden eines Energiespeichers oder zur Versorgung eines Bordnetzes betreibbar ist.Automated manual transmission according to one of claims 1 to 10, characterized in that the electric machine (EM) is operable as a starter generator for starting the internal combustion engine (VM) and / or as a generator for charging an energy storage or to supply a vehicle electrical system. Verfahren zum Betrieb eines automatisierten Schaltgetriebes mit Hybridantrieb, beispielsweise für einen Stadtbus, mit einer ersten Getriebeeingangswelle (W1), die über ein Anfahrelement (K1) mit einem Verbrennungsmotor (VM) verbindbar ist, mit einer zweiten Getriebeeingangswelle (W5), die mit einer Elektromaschine (EM) verbunden ist, mit einer Getriebeausgangswelle (W2), und mit zwei Vorgelegewellen (W3, W4), bei dem in mehreren Radsatzebenen (Z1–Z7) Zahnräder (z11, z13, z15, z16, z17, z21–z27, z32, z34, z36, z37, zR7) angeordnet sind, die als Festräder oder Losräder auf den Wellen (W1, W2, W3, W4, W5) drehfest angeordnet oder über Schaltvorrichtungen (S1–S4) drehfest mit den Wellen (W1, W2, W3, W4, W5) verbindbar sind, wobei die Vorgelegewellen (W3, W4) und die Getriebeausgangswelle (W2) mit wechselweise oder einzeln zugeordneten Gangschaltzahnradpaaren ein erstes, der Elektromaschine (EM) zugeordnetes Teilgetriebe (T1) und ein zweites, dem Verbrennungsmotor (VM) zugeordnetes Teilgetriebe (T2) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von vorgegebenen betriebsrelevanten Parametern oder daraus abgeleiteten Größen, ein Generatorbetrieb der Elektromaschine (EM) in einer Getriebeneutralstellung oder ein Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) mittels der Elektromaschine (EM) in einer Getriebeneutralstellung, wahlweise mit einer ersten oder einer zweiten Übersetzung zwischen der Elektromaschine (EM) und dem Verbrennungsmotor (VM) erfolgt.Method for operating an automated transmission with hybrid drive, for example, for a city bus, with a first transmission input shaft (W1), which is connectable via a starting element (K1) with an internal combustion engine (VM), with a second transmission input shaft (W5) connected to an electric machine (EM) is connected to a transmission output shaft (W2), and with two countershafts (W3, W4), in which in several Radsatzebenen (Z1-Z7) gears (Z11, Z13, Z15, Z16, Z17, Z21-Z27, Z32 , z34, z36, z37, zR7) are arranged, which are fixedly mounted as fixed or loose wheels on the shafts (W1, W2, W3, W4, W5) or non-rotatably connected via switching devices (S1-S4) to the shafts (W1, W2, W3, W4, W5) are connectable, wherein the countershafts (W3, W4) and the transmission output shaft (W2) with mutually or individually associated Gangschaltzahnradpaaren a first, the electric machine (EM) associated partial transmission (T1) and a second, the internal combustion engine (VM ) Form a partial transmission (T2), characterized in that, depending on predetermined operationally relevant parameters or variables derived therefrom, a generator operation of the electric machine (EM) in a transmission neutral position or a starting process of the internal combustion engine (VM) by means of the electric machine (EM) in a transmission neutral position, optionally with a first or a second ratio between the electric machine (EM) and the internal combustion engine (VM).
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